Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông

Việc ứng dụng cơ điện tử trong nghiên cứu chế tạo,các sản phẩm khoa học công nghệ cao như:Trạm trộn bê tông tự động là định hướng quan trọng góp phần nâng cao mức độ hiện đại, khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường thiết bị xây dựng trong và ngoài nước.Trạm trộn bê tông tự động là sản phẩm có hàm lượng khoa học công nghê cao, ứng dụng nhiều thành tựu trong các lĩnh vực khác nhau :cơ khíđiện tửthủy khícông nghệ thông tin đã được chuyển giao cho sản xuất và có đủ khả năng cạnh tranh trên thị trường thay thế hàng ngoại nhập. Đề tài của em “Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông” thật sự là một thử thách, do đây là sản phẩm có sự kết hợp rất nhiều ngành nghề khác nhau.Nhưng cũng chính điều đó đã khơi dậy niềm đam mê khám phá học hỏi trong em. Là một kỹ sư Điện Tự động hóa công việc chính gắn liền với điều khiển, vận hành hệ thống sản xuất.Vì vậy, việc thực hiện đề tài này sẽ tạo điệu kiện tốt để tiếp xúc làm quen với những thiết bị tự động, cũng như công việc thi công mô hình một dây chuyền sản xuất tự động cơ bản( Dây chuyền trộn bê tông tự động). Khi đang còn ngồi trên ghế nhà trường , việc tìm hiểu nghiên cứu để nắm vững cơ sở lý thuyết cũng như thực hành về những vấn đề tự động hóa có ý nghĩa quan trọng, vì đây chính là điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm và là hành trang kiến thức vào đời cần thiết cho em. Do đây là một đề tài hay,có ứng dụng rất rõ trong thực tế nên trong khuôn khổ của một đồ án với kinh phí hạn hẹp em chỉ dừng lại ở mức mô hình nhỏ, nếu có điều kiện sẽ phát triển trong tương lai gần. Bên cạnh đó, do khả năng có hạn, mà lượng kiến thức của đồ án khá rộng và phức tạp nên trong quá trình thực hiện còn nhiều sai sót, em rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn quan tâm Qua đề tài này , em đã phát triển thêm được nhiều kĩ năng như : cách tiếp cận với vấn đề mới, cách giải quyết vấn đề…Hơn thế nữa trong quá trình làm đề tài, em đã biết vận dụng những kiến thức đã học như thiết kế cơ khí, lập trình điều khiển, thiết kế hệ thống… để giải một bài toán rất thực tế

LỜI NÓI ĐẦU

Việc ứng dụng cơ điện tử trong nghiên cứu chế tạo,các sản phẩm khoa học công nghệ cao như:Trạm trộn bê tông tự động là định hướng quan trọng góp phần nâng cao mức độ hiện đại, khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường thiết bị xây dựng trong và ngoài nước.Trạm trộn bê tông tự động là sản phẩm có hàm lượng khoa học công nghê cao, ứng dụng nhiều thành tựu trong các lĩnh vực khác nhau :cơ khí-điện tử-thủy khí-công nghệ thông tin đã được chuyển giao cho sản xuất và

có đủ khả năng cạnh tranh trên thị trường thay thế hàng ngoại nhập

Đề tài của em ―Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông‖ thật sự là một thử thách, do đây là sản phẩm có sự kết hợp rất nhiều ngành nghề khác nhau.Nhưng cũng chính điều đó đã khơi dậy niềm đam mê khám phá học hỏi trong em

Là một kỹ sư Điện -Tự động hóa công việc chính gắn liền với điều khiển, vận hành hệ thống sản xuất.Vì vậy, việc thực hiện đề tài này sẽ tạo điệu kiện tốt để tiếp xúc làm quen với những thiết bị tự động, cũng như công việc thi công mô hình một dây chuyền sản xuất tự động cơ bản( Dây chuyền trộn bê tông tự động) Khi đang còn ngồi trên ghế nhà trường , việc tìm hiểu nghiên cứu để nắm vững cơ sở

lý thuyết cũng như thực hành về những vấn đề tự động hóa có ý nghĩa quan trọng,

vì đây chính là điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm và là hành trang kiến thức vào đời cần thiết cho em

Do đây là một đề tài hay,có ứng dụng rất rõ trong thực tế nên trong khuôn khổ của một đồ án với kinh phí hạn hẹp em chỉ dừng lại ở mức mô hình nhỏ, nếu có điều kiện sẽ phát triển trong tương lai gần Bên cạnh đó, do khả năng có hạn, mà lượng kiến thức của đồ án khá rộng và phức tạp nên trong quá trình thực hiện còn nhiều sai sót, em rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn quan tâm

Qua đề tài này , em đã phát triển thêm được nhiều kĩ năng như : cách tiếp cận với vấn đề mới, cách giải quyết vấn đề…Hơn thế nữa trong quá trình làm đề tài, em đã biết vận dụng những kiến thức đã học như thiết kế cơ khí, lập trình điều khiển, thiết kế hệ thống… để giải một bài toán rất thực tế

Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Duy Hƣng đã giúp đỡ em trong thời gian làm

đề tài

Do thời gian , kinh phí có hạn nên cũng không thể tránh được những sai sót trong quá trình làm đề tài Em mong được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện đề tài tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 02 tháng 04 năm 2011 Sinh viên thực hiện:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1 Giới Thiệu Chung

Trạm trộn bê tông được chế tạo nhằm sản xuất ra bê tông với chất lượng tốt và đáp ứng nhanh nhu cầu về bê tông trong xây dựng Trạm trộn bê tông là hệ thống máy móc có mức độ tự động hóa cao thường được sử dụng phục vụ cho các công trình vừa và lớn hay cho một khu vực có nhiều công trình đang xây dựng

Trước đây khi khoa học kĩ thuật chưa phát triển, máy móc còn nhiều lạc hậu thì việc có được một khối lượng bê tông lớn chất lượng tốt và đồng đều là điều rất khó khăn Chính vì vậy việc tạo ra những dây chuyền bê tông tự động là điều cần thiết cho mỗi công trường cũng như ngành xây dựng trong nước

Trong các trạm trộn thì việc định lượng chính xác các phối liệu và điều khiển hợp lý quá trình trộn đóng một vai trò quan trọng, quyết định chất lượng của mẻ

bê tông Hiện nay trên thế giới các trạm trộn hiện đại được tự động hóa cao với các cân điện tử, hệ xử lý và điều khiển ghép nối trực tiếp với các máy vi tính chuyên dụng để điều khiển và quản lý số liệu các hệ thống quản lý và điều khiển trạm trộn từ xa bằng máy tính… Với điều kiện nước ta hiện nay việc nhập mới các thiết bị trên là khó đạt được do giá thành cao và khả năng ngoại tệ của các cơ

sở sản xuất còn hạn chế Một vấn đề nữa là khả năng làm chủ các thiết bị nhập ngoại để tự sửa chữa khi có sự cố cũng gặp nhiều khó khăn Do vậy việc tự chế tạo

và nâng cấp các trạm trộn đem lại hiệu quả kinh tế cao

2 Các vấn đề đặt ra

Hiện nay các hệ thống trạm trộn bê tông tự động gần như đã đạt độ hoàn thiện trong kết cấu cũng như trong tính năng Nhưng đó là những hệ thống được phát triển bởi những công ty đã có kinh nghiệm trong việc chế tạo những hệ thống sản

xuất Đề tài tốt nghiệp ―thiết kế trạm trộn bê tông ‖ là một đề tài lớn, khi

nghiên cứu và thiết kế thì có rất nhiều vấn đề cần giải quyết:

- Hệ thống trạm trộn tự động ở nước ta hiện nay còn ít, do đó việc tiếp xúc và tìm hiểu gặp nhiều khó khăn

- Hệ thống trạm trộn bê tông là hệ thống phức tạp: phải tính toán và điều khiển nhiều bộ phận như hệ thống định lượng, hệ thống thủy khí, hệ thống

điều khiển…

- Việc xây dựng được thuật toán điều khiển và phương pháp điều khiển cho trạm trộn gặp nhiều khó khăn, vừa phải đảm bảo điều khiển cho trạm trộn hoạt động được chính xác, vừa dự phòng các lỗi xảy ra khi hệ thống hoạt động

3 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm tài liệu về trạm trộn bê tông từ các nguồn như :mạng internet, giáo trình các thầy cô giáo của các trường đại học,bạn bè ,các anh chị khóa trước

- Lập trình,điều khiển trạm trộn bê tông theo đúng yêu cầu của đề tài

4 Phạm vi và giới hạn của nghiên cứu

Hệ thống trạm trộn bê tông tự động là một hệ thống phức tạp, đòi hỏi khả năng tài chính lớn Nên trong phạm vi một đề tài tốt nghiệp, với những giới hạn về thời gian, tài chính , em chỉ đi sâu vào nghiên cứu : Phần thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn và mô phỏng hoạt động của trạm trộn bê tông

Có rất nhiều loại trạm trộn bê tông tự động, nhưng đề tài chỉ nghiên cứu về

hệ thống trạm trộn bê tông dạng bậc làm việc chu kỳ gàu kéo skip Trạm trộn thiết

kế có năng suất 45(m3/h), số mẻ trộn trong một giờ là 47 mẻ

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

1 Tìm hiểu về bê tông

1.1 Khái Niệm Bê Tông

Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước Trong đó cát,

đá chiếm 80%÷85%, xi măng chiếm 8%÷15%, còn lại là khối lượng nước

Ngoài ra còn có thêm phụ gia vào để thoả mãn yêu cầu đặt ra

Hỗn hợp vật liệu mới nhào trộn xong gọi là hỗn hợp bê tông, hỗn hợp bê tông phải

có độ dẻo nhất định, tạo hình và dầm chặt được dễ dàng

Cốt liệu có vai trò là bộ khung chịu lực, vữa xi măng và nước bao bọc xung quanh đóng vai trò là chất kết dính, đồng thời lấp đầy khoảng trống của cốt liệu Khi rắn chắc, hồ xi măng kết dính các cốt liệu thành một khối đá và được gọi là bê tông Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép

1.2 Vật liệu làm bê tông

1.2.1 Xi măng

Việc lựa chọn xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế bê tông.Có

nhiều loại mác xi măng , xi măng mác càng cao thì độ kết dính càng tốt ,tuy nhiên giá thành xi măng cũng tăng theo mác của nó.Vì vậy khi thiết kế bê tông ta phải vừa bảo đảm yêu cầu kĩ thuật, vừa bảo đảm yêu cầu kinh tế

Xi măng kết hợp với nước tạo thành hồ xi măng xen giữa các hạt cốt liệu,đồng thời tạo ra tính linh động của bê tông Mác của xi măng được chọn phải lớn hơn mác của bê tông cần sản xuất, sự phân bố giữa các hạt cột liệu và tính chất của nó ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê tông Bình thường hồ xi măng lấp đầy phần rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa nhau một chút

Tùy theo yêu cầu của loại bê tông có thể dùng các loại bê tông khác nhau, có thể dung xi măng pô lăng ,xi măng pô lăng bền sunfat ,xi măng pô lăng xủ ,xi măng puzolan và các chất kết dính khác để thỏa mãn yêu cầu của chương trình

1.2.3 Đá dăm hoặc sỏi

Đá dăm có nhiều loại, tùy thuộc vào kích cỡ của đá Do đó tùy thuộc vào mác của bê tông mà ta chọn cỡ đá cho phù hợp.Trong thành phần bê tông đá dăm chiếm khoảng 52%

Sỏi có mặt tròn, nhẵn,độ rộng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần ít nước, tốn

xi măng mà vẫn dễ đầm, dể đổ nhưng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cường độ bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dắm Ngược lại đá dăm được đập vỡ có nhiều góc cạnh, diên tịch mặt ngoài lớn và không nhẵn nên lực dính bám với vữa

xi măng lớn tạo ra được bê tông có cường độ cao hơn.Tuy nhiên mác của xi măng

đá dăm phải cao hơn hay bằng mác của bê tông tạo ra hay bê tông cần sản xuất

1.2.4 Nước

Nước để chế tạo bê tông là nước phải có đủ phẩm chất để không ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết của bê tông , thời gian rắn chắc của xi măng và không ăn mòn sắt thép.Nước sinh hoạt là nước có thể dùng được

Lượng nước nhào trộn là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông Lượng nước dùng trong nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng và lượng nước do cốt liệu Lượng nước trong bê tông xác định tớnh chất của hỗn hợp bê tông Khi lượng nước quá ít, dưới tác dụng của lực hút phân tử nước chỉ hấp thụ trên bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp, lượng

nước tăng đến một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do, màng nước trên mặt

vật rắn dày thêm, nội ma sát giảm xuống, độ lưu động tăng thêm, lượng nước ứng với lúc bê tông có độ lưu động lớn nhất mà không bị phân tầng gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp

Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nước bẩn nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trong một lít nước Tuy nhiên cường độ bê tông sẽ giảm và không được sử dụng trong bê tông cốt thép

1.2.5 Phụ gia

Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có hai loại phụ gia :

- Loại phụ gia hoạt động bề mặt

Loại phụ gia hoạt động bề mặt mặc dù được sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông

- Loại phụ gia rắn nhanh

Phụ gia rắn nhanh thường là loại muối gốc (CaCl2) hay muối Silic

Do là chất xúc tác và tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của C3S và C2S mà phụ gia CaCl2 có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên

mà không làm giảm cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày Loại phụ gia rắn nhanh có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên ,cũng như nâng cao cường độ bê tông Hiện nay trong công nghệ bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng

2 Lựa chọn phương án thiết kế trạm trộn bêtông

2.1 Khái niệm chung về trạm trộn bêtông

Trạm trộn bêtông dùng để sản sản xuất hỗn hợp bêtông(dạng khô hoặc ướt) để cung cấp cho các phân xưởng tạo hình hoặc cho các công trình xây dựng cơ bản, trạm trộn bêtông thường gồm ba bộ phận chính: Kho chứa nguyên liệu cát, đá, ,các thiết bị định lượng và các máy trộn bêtông Giữa các bộ phận này có các thiết bị nâng- vận chuyển và các phễu chứa trung gian

2.2 Phân loại trạm trộn bêtông

2.2.1 Theo phương pháp bố trí thiết bị trạm trộn

- Trạm trộn bêtông dạng tháp

Tất cả các phối liệu vận chuyển một lần lên cao nhờ các thiết bị nâng vận chuyển (băng tải, gàu tải, vít tải, máy bơm ximăng ) Trên đường rơi tự do của chúng các quy trình công nghệ được tiến hành( định lượng, nạp vào máy trộn, nhào trộn và nhả vào các thiết bị vận chuyển hỗn hợp bêtông)

+ Ưu điểm của trạm trộn này là có thời gian chu kỳ làm việc nhỏ nhất, có thể bố trí nhiều máy trộn trên một tầng, tự động hoá, tiện lợi và năng suất cao( Q

240m3/h)

+ Nhược điểm của trạm trộn này là quá cồng kềnh, các bunke chứa các phối liệu khô phải có sức dự trữ đảm bảo cho trạm trộn làm việc trong vòng hai giờ, vốn đầu tư ban đầu rất lớn và khó khăn trong việc rời chuyển

- Trạm trộn bêtông dạng bậc

Các thiết bị công tác được bố trí theo các khối chức năng độc lập trên mặt bằng riêng và được liên hoàn nhau bằng các thiết bị nâng- vận chuyển, bunke chứa định lượng và bunke tập kết các phối liệu khô đã định lượng Khối nhào trộn gồm các

thiết bị định lượng chất lỏng( nước và phụ gia), các máy trộn bêtông và phễu nạp hỗn hợp bêtông cho cho các thiết bị vận chuyển

+ Ưu điểm của trạm trộn này là: vốn đầu tư ban đầu không cao, tháo lắp di chuyển dễ dàng, gọn nhẹ và năng suất tương đối cao, Q 120m3/h

+ Nhược điểm của trạm trộn này là: khó khăn trong việc bố trí nhiều máy trộn, chỉ đảm bảo số lượng máy trộn tối đa là hai, thời gian chu kỳ làm việc của trạm tương đối lớn và khá phức tạp về việc tự động hoá trong điều khiển trạm trộn

2.2.2 Theo nguyên lý làm việc của trạm trộn

- Trạm trộn bêtông làm việc chu kỳ: có khả năng dễ thay đổi mác bêtông và thành phần cấp phối cũng như đáp ứng đầy đủ nhu cầu của mọi đối tượng phục vụ

- Trạm trộn bê tông làm việc liên tục: Loại trạm trộn này làm việc có hiệu quả khi nhu cầu về hỗn hợp bêtông cùng mác có khối lượng lớn như phục vụ cho các công

trình thuỷ điện, các công trình giao thông

2.2.3 Theo khả năng di động của trạm trộn

- Trạm trộn cố định: phục vụ cho công tác xây lắp của một vùng lãnh thổ, đồng thời cung cấp bêtông thương phẩm cho một vùng bán kính hiệu quả Thiết bị của trạm trộn cố định thường được bố trí theo dạng tháp

- Trạm trộn dạng tháo lắp nhanh: Được trang bị cho công trình có thời hạn khai thác trạm trộn tại mỗi nơi ngắn (từ một năm tới vài năm).Để khai thac có hiệu quả trạm trộn này thì trạm trộn phải có thời gian tháo lắp nhanh với chi phí cho tháo lắp và vận chuyển là nhỏ nhất Các thiết bị của trạm trộn được bố trí theo dạng bậc với các mô đun vận chuyển tiện lợi

- Trạm trộn di động: thường được thiết kế theo dạng bậc, các khối chức năng của trạm trộn thường được bố trí trên các hệ thống di chuyển Loại trạm trộn này thường được thiết kế với năng suất nhỏ( Q 30m3/h) để phục vụ cho các công trình giao thông, thuỷ lợi và các công trìng xây dựng cần khối lượng bê tông nhỏ

và không tập trung

2.2.4 Theo năng suất của trạm trộn

- Loại nhỏ: Q 30 m3/h

- Loại vừa : Q  60 m3/h

- Loại lớn : 70m3/h Q 120 m3/h

2.2.5 Theo phương pháp điều khiển trạm trộn ta có

Hệ thống điều khiển bằng tay, hệ thống điều khiển bán tự động và hệ thống điều khiển tự động Trạm trộn hiện đại ngày nay thường được trang bị thiết bị điều khiển có khả năng làm việc ở cả ba chế độ điều khiển như trên

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế trạm trộn bêtông

Trạm trộn bêtông phải có khả năng sản xuất được bêtông hỗn hợp (dạng khô dạng ướt) có nhiều mác bêtông với các thành phần cấp phối khác nhau với thời gian điều chỉnh là nhỏ nhất

Trạm trộn bêtông phải được trang bị hệ thống điều khiển có thể làm việc ở cả ba chế độ điều khiển: Bằng tay, bán tự động và tự động Trạm trộn phải đảm bảo xả hỗn hợp bêtông dễ dàng, tiện lợi cho các phương tiện vận chuyển khác Việc vận chuyển bêtông phải khoa học tiện lợi và dễ dàng để tránh hiện tượng dồn ứ ách tắc giao thông Tuỳ thuộc vào mục đích chức năng, công suất và đặc tính của đối tượng tiêu thụ hỗn hợp bêtông mà lựa chọn phưong án thiết kế trạm trộn bêtông sao cho phù hợp và hiện đại

Phương án thiết kế trạm trộn được lựa chọn theo các trạm trộn đặc trưng và phổ biến dưới đây

2.3.1 Trạm trộn bêtông dạng tháp làm việc chu kỳ

Cốt liệu (đá dăm, cát) từ kho chứa nhờ băng tải 1 được vận chuyển lên phễu nạp quay 2 để đưa vào các bun ke chứa cốt liệu tương ứng Ximăng từ các kho chứa Siclôn 15 được phân tách ra khỏi khí nén và được đưa vào thiết bị lọc bụi 13, sau khi làm sạch không khí thoát ra ngoài còn xi măng lọc tách được vít tải vận chuyển vào bunke chứa

Để đảm bảo chế độ làm việc tự động của trạm trộn, tất cả các bunke chứa cốt liệu và xi măng đều phải trang bị thiết bị báo mức trên 15 và báo mức dưới 5

Phía dưới các bunke chứa có bố trí ba thiết bị vận chuyển cốt liệu nạp cho các bunke chứa

Trong sơ đồ trên ta có:

1- Băng tải vận chuyển cốt liệu nạp cho các bunke chứa

2- Phễu quay

3- Thiết bị phá vòm cát

4- Máng chuyển

5- Thiết bị báo mức dưới

6- Các máng chuyển tới các thiết bị định lượng cốt liệu

7- Các thiết bị định lượng cốt liệu

8- Máng rót

9- Phễu tiếp nhận có đáy xả lật phân phối

10- Thiết bị phân phối nước

11- Máy trộn bêtông cưỡng bức làm việc chu kỳ

12- Bunke nạp hỗn hợp bêtông vào thiết bị vận chuyển

18- Thiết bị báo mức trên

19- Máng chuyển tới thiết bị định lượng ximăng

20- Thiết bị định lượng ximăng

27- Thùng chứa nước

Hình 1 Trạm trộn bêtông dạng tháp làm việc chu kỳ

1 2

3 4

5 6 7 8 9 10 11 12

13 14

15

16 17 18

15

Quá trình làm việc của trạm trộn được tiến hành như sau:

Các thành phần cốt liệu được định lượng bằng thiết bị định lượng cốt liệu 7

và thiết bị định lượng ximăng 20

Cốt liệu ximăng sau khi định lượng xong được xả vào phễu tiếp nhận có đáy phân phối 9 để nạp vào từng máy trộn bêtông 11 tương ứng theo chương trình làm việc của trạm trộn Nước và phụ gia sau khi định lượng xong bởi thiết bị định lượng 24 được đưa vào máy trộn bêtông tương ứng nhờ thiết bị phân phối chất lỏng 10 làm việc đồng bộ với đáy lật phân phối các phối liệu khô 9 Sau khi trộn xong, hỗn hợp bêtông chứa được xả vào bunke chứa 12 để nạp cho các thiết bị vận chuyển Các bunke chứa cốt liệu và xi măng phải chứa đủ lượng vật liệu để đảm bảo cho trạm trộn làm việc thường xuyên trong vòng 2—2,5 giờ

2.3.2 Trạm trộn bêtông dạng tháp làm việc liên tục

Hình 2 Trạm trộn bêtông dạng bậc làm việc liên tục

0.4 0.4

7 131415

Cốt liệu (đá dăm, cát ) từ các bunke chứa được đưa vào 8 bun ke chứa cốt liệu nhờ băng tải nghiêng 5 và băng tải quay 7 Ximăng từ kho chứa được đưa vào bốn bunke chứa nhờ gầu tải và vít tải 1 Các cốt liệu được định lượng bởi các thiết

bị định lượng liên tục 12 được vận chuyển liên tục vào phễu tập kết phối liệu khô

13

Nhờ các băng tải 7

Ximăng được định lượng bởi thiết bị định lượng liên tục và được nạp vào phễu 13 Các phối liệu khô được nạp liên tục vào máy trộn bêtông hai trục nằm ngang làm việc liên tục 14, 16 cùng với nước và phụ gia được định lượng bởi máy bơm định lượng liên tục 17 Hỗn hợp bêtông được xả liên tục vào bunke nạp 15 phân phối cho các thiết bị vận chuyển Các bunke chứa cốt liệu và xi măng đều được trang bị mức báo trên và mức báo dươí vậtm liệu phải chứa đủ lượng vật liệu để đảm bảo cho trạm trộn làm việc liên tục trong vòng từ 2- 2,5

6- Đường ray đơn

7- Băng tải quay

8- Phễu nạp

9,10 – Các thiết bị báo mức trên và dưới

11- Thiết bị phá vòm cát

12- Thiết bị định lượng cốt liệu làm việc liên tục

13- Phễu tập kết ximăng và các phối liệu

14,16- Các máy trộn bêtông cưỡng bức làm việc liên tục

15 – Bun ke nạp các hỗn hợp bêtông vào các thiết bị vận chuyển

17- Thiết bị định lượng nước làm việc liên tục

2.3.3 Trạm trộn bêtông dạng bậc làm việc chu kỳ

Hình 3 Trạm trộn bêtông dạng bậc làm việc chu kỳ

4

10 7

12

1- Buồng máy trộn 8- Khung sàn buồng trộn

2- Các khoang chứa cốt liệu 9- Silô chứa ximăng

3- Máy trộn bêtông 10- Vít tải

4- Cabin điều khiển 11- Thiết bị lọc bụi

5- Thiết bị định lượng cốt liệu 12- Gầu cào

6- Thiết bị định lượng ximăng 13- Tời kéo gàu nạp cốt liệu

7- Thiết bị định lượng nước 14- Gầu nạp cốt liệu

Cốt liệu đá dăm, cát được tập kết vào khoang chứa 2 có các vách ngăn bằng tấm bêtông đúc sẵn ( một khoang chứa cát và 4 khoang chứa đá dăm ) và được gầu cào

12 thu nạp về khoang trung tâm, khu vực có bố trí các cửa xả liệu để nạp cho các thiết bị định lượng cốt liệu 5 làm việc theo nguyên lý cộng dồn Sau khi định lượng xong, cốt liệu được xả vào gầu nạp có đáy tự động đóng mở 14 để vận chuyển lên nạp vào nồi trộn bêtông làm việc chu kỳ 3, nhờ tời kéo 13 bố trí trên đỉnh đường ray dẫn hướng gầu nạp cốt liệu

Ximăng từ kho chứa được vận chuyển lên các silô nhờ các thiết bị nâng – vận chuyển (máy bơm xi măng, gầu tải vít tải) Khí bụi được làm sạch nhờ thiết bị lọc bụi 11 trước khi thoát ra ngoài Ximăng được nạp vào thiết bị định lượng ximăng 6 nhờ vít tải 10 bố trí ở đáy silô vít tải và được nạp vào máy trộn theo đường ống mềm

Nước được bơm lên nạp vào thiết bị định lượng chất lỏng 7, sau khi định lượng xong được nạp vào máy trộn theo đường ống dẫn nước Hỗn hợp bêtông sau khi trộn xong được xả vào phễu nạp để rót vào các thiết bị vận chuyển Các khoang chứa cốt liệu và silô chứa ximăng phải đủ lượng vật liệu đảm bảo cho trạm trộn làm việc liên tục trong 2-2,5giờ Hệ thống điều khiển trạm trộn và các thiết bị phụ trợ được bố trí trong cabin điều khiển 4

2.3.4 Trạm trộn bêtông dạng bậc làm việc liên tục

Hình 4 Sơ đồ trạm trộn bêtông dạng bậc làm việc liên tục

1- Các bunke chứa cốt liệu ( ba bunke chứa các loại đá và một bunke chứa cát ) 2- Các thiết bị định lượng cốt liệu làm việc liên tục

3- Băng tải đón cốt liệu để nạp vào băng tải nghiêng

4- Băng tải nghiêng để vận chuyển cốt liệu lên phễu quay

5- Bunke chứa các phối liệu hỗn hợp bêtông khô

6- Thiết bị định ximăng làm việc liên tục

7- Silô chứa ximăng

8- Thiết bị lọc bụi tay áo

9- Phễu quay nạp phối liệu cho bêtông khô

10- Máy trộn bêtông cưỡng bức làm việc liên tục

11- Cabin điều khiển trạm trộn

12- Thiết bị máy bơm định lượng làm việc liên tục

1 2 3 4

5

678

9

10 11

12

Cốt liệu được nạp vào các ben ke chứa một dung tích nhỏ, đảm bảo cho trạm trộn làm việc liên tục trong vòng 15-30 phút bằng máy xúc lật hoặc bằng các băng tải

di động

Phía dưới mỗi bunke chứa có bố trí thiết bị định lượng cốt liệu cốt liệu làm việc liên tục 2 Cốt liệu đã được định lượng nạp vào phễu quay 9 nhờ băng tải đón

3 và băng tải nghiêng 4 Ximăng từ các kho chứa được vận chuyển lên silô chứa 7

có thiết bị lọc bụi 8 nhờ thiết bị nâng chuyển Ximăng được định lượng nhờ thiết

bị định lượng ximăng làm việc liên tục 6 rồi nạp vào phễu quay 9

Nước được định lượng bởi thiết bị máy bơm - định lượng làm việc liên tục

12 và với c nạp liên tục cho máy trộn bêtông hai trục trộn nằm ngang làm việc liên tục 10 cùng ác phối liệu khô từ phễu quay nạp liệu 9

Phối liệu khô đã được định lượng hoặc được nạp liên tục vào máy trộn 10 hoặc được đưa vào bunke chứa các phối liệu hỗn hợp bêtông khô để nạp cho các ôtô - máy trộn nhờ phễu quay nạp hỗn hợp bêtông khô

* Qua những nghiên cứu ở trên ta nhận thấy mỗi loại trạm trộn đều có những ưu nhược điểm riêng Để thiết kế trạm trộn có những thông số phù hợp với những yêu cầu mà đồ án nêu ra thì ta phải thiết kế, lựa chọn những mặt tích cực của các trạm

trộn nêu trên để tạo ra một sản phẩm như ý

Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật để khắc phục nhược điểm của trạm trộn cho phù hợp với yêu cầu của công việc Hạn chế đến mức tối thiểu các thiết bị cần nhập từ nước ngoài nhằm tiết kiệm tối đa nguồn ngoại tệ cho quốc gia Mặt khác tận dụng được đội ngũ cán bộ kỹ thuật công nhân lành nghề có trình độ kỹ thuật,

sẽ tạo ra sản phẩm với giá cả phải chăng góp phần phát triển cho sự nghiệp Công nghiệp hoá Hiện đại hoá đất nước

 Vậy ta chọn phương án thiết kế trạm trộn bêtông dạng bậc làm việc chu kỳ gàu kéo skip có sơ đồ chung như hình 3 phù hợp với yêu cầu

thiết kế

2.4 Sơ đồ nguyên lý của trạm trộn

M¸y c©n cèt liÖu

GÇu skip

Bé phËn tra dÇu b«i tr¬n

Bé phËn t¸ch nø¬c

Tíi c¸c xilanh khÝ nÐn c«ng t¸c

Thïng khÝ nÐn

M¸y nÐn khÝ cña tr¹m trén

C¸p kÐo gÇu

Têi kÐo

G Ç

ki

C©n nø¬c

C©n xim¨ng VÝt t¶i

CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN CỦA TRẠM TRỘN

BÊTÔNG

1.Thiết lập lưu đồ công nghệ

Với năng suất yêu cầu 45 m3/h, ta chọn phương pháp sản xuất bê tông theo

phương pháp trộn cưỡng bức làm việc chu kỳ là phù hợp hơn cả

* Sơ đồ dây truyền công nghệ như sau:

§Þnh lù¬ng

* Chu kỳ làm việc của trạm trộn

C á c t h à n h p h ầ n p h ố i l i ệ u c ủ a m ộ t mẻ t r ộ n g ồ m c ó :

Đá 1, đá 2, cát vàng, ximăng, phụ gia nếu có

Chu kỳ làm việc của một mẻ trộn là khoảng thời gian Tck giữa hai mẻ trộn liên tiếp

trộn 30s, xả bêtông 22s Ta có lưu đồ làm việc của trạm trộn như (hình 4)

Từ biểu đồ trên ta thấy mẻ trộn đầu tiên hết 114s, mẻ trộn tiếp theo 77s Vậy

Tck=77s

H¹ ben Trén X¶ bªt«ng C©n ® 1 C©n ® 2 C©n c¸t C©n xim¨ng C©n phô gia C©n n-íc N©ng ben X¶ cèt liÖu X¶ phô gia X¶ n-íc X¶ xim¨ng H¹ ben Trén X¶ bªt«ng

8s 9s 10s 25s 25s 25s 20s 10s 10s 10s 10s 20s 30s

22s 8s

9s 10s 25s 25s 25s

20s 10s 10s 10s 20s 30s

2 Thiết lập sơ đồ khối điều khiển trạm trộn

Hệ thống điều khiển trạm trộn bêtông phải có khả năng điều khiển tự động

việc định lượng một cách chính xác và tin cậy theo tỷ lệ cho trước giữa các thành

phần cát, đá, ximăng, nước, phụ gia Ngoài ra hệ thống cần phải phối hợp điều

khiển các cơ cơ cấu thao tác theo sơ đồ công nghệ định trước

Trên cơ sở công thức cấp phối do người sử dụng đặt sẵn, hệ thống điều khiển sẽ

điều khiển các van cấp liệu một cách thích hợp sao cho các thành phần được đưa

vào cối trộn theo đúng khối lượng và thứ tự theo yêu cầu công nghệ Việc thay đổi

công thức cấp phối phải được thực hiện một cách dễ dàng và nhanh chóng Hệ

thống phải có phần hiển thị để giúp người vận hành dễ dàng theo dõi sự hoạt động

và khả năng can thiệp kịp thời khi cần thiết Ngoài ra do nhu cầu sử dụng ngoài

trời, hệ thống điều khiển phải có khả năng hoạt động ổn định trong môi trường có

nhiệt độ và độ ẩm tương đối lớn, nhiều bụi và nhiễu công nghiệp Hơn nữa trong

quá trình định lượng những sai sót trong việc đóng mở sớm, hoặc chậm của cơ cấu chấp hành là không thể tránh khỏi, do vậy các trạm trộn hiện đại còn có thêm bộ

mở, cốt liệu được xả xuống gầu

Khi nồi trộn quay thì cụm gầu skíp mới được kéo lên Vì nếu xảy ra trường hợp nồi trộn chưa quay mà cụm gầu skip đã kéo lên và xả

liệu vào nồi trộn sẽ xảy ra hiện tượng quá tải (nhánh sai)

Khi trong nồi không có bêtông và cửa xả của nồi trộn đã đóng thì mới được kéo theo cụm gầu skíp lên tiếp Vì không sẽ xảy ra hiện tượng xả cốt liệu ra ngoài thông qua cửa xả của nồi trộn

Khi cụm gầu skíp đến vị trí xả mới được phép xả liệu, khi xả xong mới được phép

hạ gầu xuống Việc ấn định thời gian xả ximăng, nước, phụ gia là theo công nghệ vật liệu Khi trộn mới được mở cửa nồi trộn xả bêtông để đảm bảo chất lượng bêtông Khi xả hết bêtông thì mới được đóng cửa nồi trộn Khi đã đủ số mẻ trộn( nhánh đúng) thì hệ thống tự động dừng việc định lượng lại, thực hiện trộn và xả bêtông của mẻ cuối cùng in hoá đơn Tất cả các điều kiện của lưu đồ điều khiển

liên quan chặt chẽ với nhau, không thể thiếu một điều kiện nào trên lưu đồ đó

Trong thùng không

có bêtông và cửa nồi đóng

Kéo gầu lên tiếp

Gầu

ở trên

Dừng để

đổ cốt liệu 10s Đổ xong

Bắt đầu tính thời gian 30s

Trộn xong

Tổng số

mẻ trộn

Tính Xong mẻ Trộn

In hoá đơn

Dừng hệ cân Dừng gầu ở dứơi

3 Thiết kế hệ thống điều khiển tự động

3.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điều khiển trạm trộn:

Hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông, phải là một hệ thống thiết bị điện hoàn chỉnh, làm việc với điện lưới công nghiệp 380V Có khả năng định lượng tự động một cách chính xác khối lượng cấp phối các thành phần: Xi măng, cát, đá, nước cho từng mẻ trộn cũng như tỷ lệ cấp phối cho từng loại mác bê tông Để đáp ứng yêu cầu công nghệ phù hợp với hệ thống cơ khí, cần phải phối hợp điều khiển các

cơ cấu công tác chấp hành như các động cơ, xilanh khí nén

Trên cơ sở công thức phối liệu do người sử dụng đặt vào trước đó, hệ thống điều khiển sẽ tiến hành đóng mở các van khí cấp liệu một cách thích hợp sao cho các thành phần phối liệu được đưa vào buồng trộn theo đúng khối lượng và công nghệ yêu cầu Việc thay đổi tỷ lệ của từng loại mác bêtôn cần được thao tác thuận tiện

và nhanh chóng, không quá phức tạp đối với người sử dụng Hệ thống cũng cần phải có đầy đủ phần hiển thị tình trạng hoạt động của trạm, giúp người vận hành

dễ dàng theo dõi, can thiệp trong khi hoạt động, cũng như đảm bảo các thiết bị đóng cắt an toàn, cho cả hệ thống điều khiển và các cơ cấu chấp hành của trạm Ngoài ra về mặt công nghệ, do nhu cầu sử dụng ngoài trời, trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt với nhiệt độ và độ ẩm tương đối lớn, nên hệ thống điều khiển cần có độ tin cậy của các thiết bị thành phần, nhất là các bộ xử lý, các hệ thống đo lường, cảm biến Hơn nữa trong quá trình định lượng, những sai sót trong việc đóng mở sớm hoặc chậm của cơ cấu chấp hành là không thể tránh khỏi, do đó các trạm trộn hiện đại còn có thêm bộ so sánh

3.2 Nguyên lý làm việc và cấu tạo của hệ thống

Sơ đồ cách đấu nguồn điện của tủ điện (hình 6)

Với sơ đồ trên điện áp từ điện lưới được dẫn vào tủ điện nhờ đóng attômat 200A, GZ là các cầu chì đảm bảo an toàn Vôn kế (V) đo điện áp pha mạng điện Dòng điện qua thiết bị kiểm tra ba pha KTF, ổn áp lấy ra điện áp 220V cho ổ cắm bảng tính điện tử BUCODAT và ổ cắm đầu vào PLC Mạch điều khiển được lấy ra từ nguồn điện áp 24(V)

Từ những yêu cầu trên, hệ thống điều khiển được hoặc định thành

các khối chính như sau:

Cụm cân (đo trọng lượng các thành phần phối liệu): bao gồm các đầu cân(cảm biến trọng lượng( Load cell), các cơ cấu chấp hành liên quan như các van khí nén đóng mở các cửa cấp liệu, vít tải bơm xi măng, bơm cấp nước

C ụ m g ầ u k é o : c á c c ô n g t ắ c h à n h t r ì n h , đ ộ n g c ơ k é o g ầ u

Cụm cửa xả: các cửa xả nước, xi măng, bêtông sau khi đã trộn

Khối xử lý khả lập trình (PLC): xử lý logíc các hành trình, theo qui trình công nghệ được lập sẵn

S ơ đ ồ n g u yê n l ý c ủ a t r ạ m đ ư ợc t r ì n h b à y n h ư t r ê n ( H ì n h 7 )

* Cấu hình của hệ thống bao gồm:

- C ụ m c â n :

01 bộ BUCODAT – 2 dùng cho cân cốt liệu và cân xi măng

01 bộ WE 31-82 dùng cho cân nước Dưới đây là bảng kê các thiết bị điện tử:

STT Tên chi tiết Số lượng Nước sản xuất

1 Giảm chấn cao su 07 CHLB Đức

2 Đầu đo cân nước 01 CHLB Đức

3 Đầu đo cân cốt liệu 03 CHLB Đức

4 Đầu đo cân Ximăng 03 CHLB Đức

5 Hộp nối đầu đo cân cốt liệu 01 CHLB Đức

6 Hộp nối đầu đo cân Ximăng 01 CHLB Đức

7 Hộp nối cân nước 01 CHLB Đức

8 Hộp nguồn cân nước 01 CHLB Đức

9 Cân nước (TD 200 or WLC2) 01 CHLB Đức

10 Hộp rơ le điều khiển 01 CHLB Đức

* Tủ điều khiển trung tâm:

Bộ máy tính công nghiệp PLC S7-200: điều khiển toàn bộ quá trình hoạt động của trạm trong chế độ tự đông

Các khối rele trung gian, các công tắc điều khiển, các đèn tín hiệu theo sơ đồ công nghệ đã đặt ra

Tủ điều khiển động lực: các thiết bị đóng cắt, các thiết bị bảo vệ ngắn mạch và quá tải

Hình 7 : Sơ đồ nguyên lý điều khi ển trạm

Hình 8 : Sơ đồ điều khiển đầu vào PLC

®Çu vµo plc

C©n GÇu Cöa x¶

T T T

T§

T§

T§

DS1 DS2 DS3

00 01 02 03 04 05 06 07 PE1 EM1 DS PE2

16 20 21 22 23 24 25 26 27

30 31 32 33 34 35 36 37

CPU226

Hình 9 : Sơ đồ điều khiển đầu ra PLC

110 223

220

225 111

222 Q1.0 215

Q1.1

Q0.5 Q0.4 Q0.3 Q0.2

210 105

212

104 103 207 2L

230

235

232 113

112 228

231 Q1.2

227 R12

R13

3L

R11 153

102 204 101 201

1L

221 R12

R11 214 211

226 R6

R7

R11

R12

R7 R6 R5 R4

R3

KD c©n 1 K§ c©n 2

Nø¬c Xim¨ng

R2 R1

X¶xi X¶nø¬c

X¶BT R13 TGtrén

154

Q1.5 115

254

246 114

Q1.4 MTT

251

§T1 247 R14 R13 252 255

§T2

248 R16

R15 T2

R16 116 Q1.6

GÇu xuèng

B¶o vÖ gÇu 4L

§TT

MTT

m¹ch c«ng t¾c hµnh tr×nh

§Çm rung

K15

Hình 12 : Sơ đồ mạch điều khiển cá c van

T3

T4

F1

F2R15

K20

R16

K21m¹ch §iÒu khiÓn c¸c van